方少雷，李　鵬，蘇躍龍

(山西省機電設計研究院，山西 太原 030009)

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STM32系列單片機多串口通訊系統(tǒng)簡述

方少雷，李鵬，蘇躍龍

(山西省機電設計研究院，山西 太原 030009)

摘要：以STM32F103RCT6為例，介紹此芯片與液晶顯示屏、微型打印機、PC上位機和AD采集卡之間的串行通信技術。闡述了此芯片5個同步/異步收發(fā)器使用功能，詳細介紹了硬件連接和軟件配置。在電子儀器開發(fā)中，實現了多串口間的通訊功能。

關鍵詞：單片機；同步異步收發(fā)器；串行通信

目前，單片機已經廣泛應用于儀器儀表、家用電器、醫(yī)用設備、航空航天、智能化管理及過程控制等領域。在這些領域，通常會衍生出許多專用特殊的外設。比如：彩色液晶屏、微型打印機、紅外控制器、步進電機控制器等等。面對如此多的外設，主控CPU與外設之間的通信方式就變得尤為重要。本文介紹一種異步串行通信方式：串口通訊。其優(yōu)點有：1) 線路少，成本低；2) 連線方便；3) 通訊協議標準規(guī)范；4) 外設終端大部分支持。然而，傳統(tǒng)的MSC51單片機一般只具備1個串口，雖然能夠實現多機通訊，但會出現數據傳送間的誤碼率高、C程序冗余、運行速度緩慢等缺點。

采用STM32F103RCT6芯片，最多支持5個USART串口通訊?？蛇B5個外設同時與CPU進行串行數據通信。而且這些外設之間相互獨立，不存在相互干擾問題。本文將闡述這5個USART同步/異步收發(fā)器使用功能，詳細介紹硬件連接圖和軟件配置。

1芯片介紹

STM32F103RCT6芯片是ST意法半導體公司推出的一款基于Cortex-M3核心的ARM芯片，芯片的工作電壓為2.0 V～3.6 V。支持5個USART通用同步/異步收發(fā)器，并且此芯片控制管腳豐富，能夠滿足絕大多數微控電子儀器的控制要求[1]。參數如表1所示。

表1　STM32F103RCT6芯片資源配置

STM32F103RCT6芯片中內置3個通用同步/異步收發(fā)器(USART1、USART2和USART3)，和2個通用異步收發(fā)器(USART4和USART5)。其中USART1接口通信速率可達4.5 Mbps(兆位/秒)，其他USART接口通信速率最大為2.25 Mbps(兆位/秒)。USART是可產生TTL電平的串口，并且兼容RS-232規(guī)范信號。如果要與PC上位機串口通信，需轉換成RS-232電平串口。如圖1所示。

圖1　外設硬件連接圖

2硬件設計

如圖1，液晶屏和打印機采用的是TTL電平串口。上位機PC串口連接，是通過MAX3232將TTL電平轉化為RS-232電平。MAX3232是RS-232接口電平匹配芯片，外圍電路與MAX232類同[3]。

本文中，STM32F103RCT6采用12 MHz外部時鐘，其內部的鎖相環(huán)能將工作時鐘頻率最大倍頻為72 MHz。其中，USART1是掛在APB2時鐘總線上，最大時鐘頻率為36 MHz。USART2、USART3、USART4、USART5是掛在APB1時鐘總線上，最大時鐘頻率可達72 MHz。STM32F103RCT6的USART管腳對應端口如表2。

表2　各個USART口對應的管腳

3軟件設計

按照硬件電路設計，軟件編程的基本思路是:先配置好外設總線時鐘頻率，初始化每一個USART波特率，使能其中斷，在嵌套向量中斷控制器(NVIC)中，設置各個USART中斷優(yōu)先級。若USART口上有數據過來，根據優(yōu)先級先后進入各自中斷響應函數中，執(zhí)行響應函數。執(zhí)行完后，退出中

斷，繼續(xù)等待數據[1，2]。程序采用C語言編寫，程序流程圖如圖2所示。

圖2　程序流程圖

1) USART1配置函數程序和中斷響應函數程序如下：

void Init_UART1()

{

RCC->APB2ENR|=1<<2;//開A口時鐘

RCC->APB2ENR |= (1<<14)；//開串口1時鐘

Baud_rate(UART1)；//設置波特率

USART1->CR1|=1<<8;//PE中斷使能

USART1->CR1|=1<<5；

NVIC_EnableIRQ(USART1_IRQn);

NVIC_SetPriorityGrouping(5);

NVIC_SetPriority(USART1_IRQn,0);

}

void USART1_IRQHandler(void)

{

if(USART1->SR & (1<<5))

{

……

}

}

2) USART2配置函數程序和中斷響應函數程序如下：

void Init_UART2()

{

RCC->APB2ENR|=1<<2;//開A口時鐘

RCC->APB1ENR |= (1<<17)；//開串口2時鐘

Baud_rate(UART2)；//設置波特率

USART2->CR1|=1<<8；//PE中斷使能

USART2->CR1|=1<<5；

NVIC_EnableIRQ(USART2_IRQn);

NVIC_SetPriorityGrouping(5);

NVIC_SetPriority(USART2_IRQn,1);

}

void USART2_IRQHandler(void)

{

if(USART2->SR & (1<<5))

{

……

}

}

3) USART3配置函數程序和中斷響應函數程序如下：

void Init_UART3()

{

RCC->APB2ENR|=1<<3;//開B口時鐘

RCC->APB1ENR|=(1<<18)；//開串口3時鐘

Baud_rate(UART3)；//設置波特率

USART3->CR1|=1<<8；//PE中斷使能

USART3->CR1|=1<<5；

NVIC_EnableIRQ(USART3_IRQn);

NVIC_SetPriorityGrouping(5);

NVIC_SetPriority(USART3_IRQn,2);

}

void USART3_IRQHandler(void)

{

if(USART3->SR & (1<<5))

{

……

}

}

4) USART4配置函數程序和中斷響應函數程序如下：

void Init_UART4()

{

RCC->APB2ENR|=1<<4;//開C口時鐘

RCC->APB1ENR |= (1<<19)；//開串口4時鐘

Baud_rate(UART4)；//設置波特率

USART4->CR1|=1<<8；//PE中斷使能

USART4->CR1|=1<<5；

NVIC_EnableIRQ(USART4_IRQn);

NVIC_SetPriorityGrouping(5);

NVIC_SetPriority(USART4_IRQn,3);

}

void USART4_IRQHandler(void)

{

if(USART4->SR & (1<<5))

{

……

}

}

5) USART5配置函數程序和中斷響應函數程序如下：

void Init_UART5()

{

RCC->APB2ENR|=1<<4;//開C口時鐘

RCC->APB2ENR|=1<<5;//開D口時鐘

RCC->APB1ENR|=(1<<20)；//開串口5時鐘

Baud_rate(UART5)；//設置波特率

USART5->CR1|=1<<8；//PE中斷使能

USART5->CR1|=1<<5；

NVIC_EnableIRQ(USART5_IRQn);

NVIC_SetPriorityGrouping(5);

NVIC_SetPriority(USART5_IRQn,4);

}

void USART5_IRQHandler(void)

{

if(USART5->SR & (1<<5))

{

……

}

}

在電子儀器開發(fā)過程中，軟件配置也十分重要。以上程序是直接寄存器配置，程序簡單并完整。各個串口的優(yōu)先級別為：USAR1設置優(yōu)先級為0，最高級；USART2優(yōu)先級為1；USART3優(yōu)先級為2；USART4優(yōu)先級為3；USART5優(yōu)先級為4。配置好這些參數后，只用在中斷響應函數里添加執(zhí)行處理函數即可。

4結論

利用STM32F103RCT6多串口功能，可解決CPU與外設、外設與外設間的多串口通信問題。而且STM32F103RCT6芯片工作可靠，在MDK開發(fā)環(huán)境下，開發(fā)程序簡潔方便，可廣泛應用于家用電器、醫(yī)用設備、航空航天電子儀器設備上。

參考文獻

[1]STM32中文參考手冊[M].第10版.意法半導體(中國)投資有限公司,2010：15-22，399-435.

[2]李寧.基于MDK的STM32處理開發(fā)應用[M].北京:北京航空航天大學出版社，2008.

[3]張立勛.STM32與LABVIEW串行通信的設計[J].平頂山:煤礦機械,2011：215-217.

The Use of Multiple Serial Port Based on STM32

Fang Shaolei, Li Peng, Su Yuelong

(ShanxiInstituteofMechanical&ElectricalEngineering,TaiyuanShanxi030009,China)

Abstract:This text introduces the serial communication technology between STM32F103RCT6 and LCD, micro printer, PC host computer and AD acquisition card, describes the five synchronous/asynchronous transceiver chip functions. The hardware connection diagram and software configuration are introduced in details. In the development of electronic instruments, the serial communication among multiple serial ports is realized.

Key words:MCU; USART; serial communication

收稿日期：2016-03-08

作者簡介：方少雷(1989- )，男，山西運城，初級工程師，本科，嵌入式程序開發(fā)。

文章編號：1674- 4578(2016)03- 0055- 03

中圖分類號：TP311

文獻標識碼：B